本文關(guān)鍵詞：超聲波對微流控芯片注塑成型質(zhì)量影響的研究

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【摘要】：當(dāng)聚合物微流控芯片的微溝槽橫截面為矩形并且具有較大的深寬比時,由于聚合物熔體的粘度隨溫度下降而迅速增高,使得單一的微注塑成型方法容易在充模過程中發(fā)生聚合物熔體在模具型腔鑲塊的微結(jié)構(gòu)凸起的根部處的充填流動性差,難以對型腔鑲塊微結(jié)構(gòu)凸起的根部直角實(shí)現(xiàn)高精度復(fù)制。如何克服微尺度效應(yīng)而成型出質(zhì)量穩(wěn)定的微結(jié)構(gòu)塑件已成為微注塑成型技術(shù)研究領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題,為此本文以微流控芯片為研究對象,將超聲波引入微注塑成型過程,以改善微結(jié)構(gòu)制品的注塑成型質(zhì)量為目標(biāo),進(jìn)行了以下研究工作。首先分析了國內(nèi)外的已有研究成果,探討微觀尺度下聚合物熔體的流動行為,研究各種微尺度現(xiàn)象對微結(jié)構(gòu)充填的影響,以及微注塑過程中不同于宏觀注塑的現(xiàn)象,如壁面滑移、粘性耗散等很多宏觀下能忽略的現(xiàn)象,在微尺度情況下會對熔體的流動造成很大影響,對微結(jié)構(gòu)填充影響很大,不可忽略。并介紹成型微流控芯片的不同方法,對比不同方法的優(yōu)劣,以及超聲波應(yīng)用于微注塑成型過程的進(jìn)展。其次,設(shè)計了超聲波輔助微注塑成型模具,將超聲振子直接作為模具型腔的一部分,利用超聲波的高頻振動作用,改變聚合物熔體的分子取向,降低聚合物熔體粘度,促進(jìn)聚合物熔體的充模流動與對模具型腔微結(jié)構(gòu)處的填充。設(shè)計了微溝槽深、寬尺寸為80μm×100μm的聚合物微流控芯片,分別以UV-LIGA方法和微細(xì)電火花技術(shù)制作模具型腔的微結(jié)構(gòu)鑲塊。并通過Moldflow模流分析軟件對模具型腔的充填過程進(jìn)行了模擬；通過Ansys軟件對關(guān)鍵零件超聲振子進(jìn)行了受力分析。最后,對于將微結(jié)構(gòu)鑲塊與靜止的定模鑲塊進(jìn)行固定連接以及將微結(jié)構(gòu)鑲塊與動模一側(cè)的超聲振子進(jìn)行固定連接的這兩種成型方案,通過超聲輔助微注塑成型實(shí)驗(yàn),分別研究了模具微結(jié)構(gòu)鑲塊在靜止和發(fā)生超聲振動的狀態(tài)下,對注塑制品微結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量的影響。研究了注塑工藝參數(shù)的變化對微結(jié)構(gòu)復(fù)制度的影響,其中主要研究了超聲波參數(shù)的變化對模具微結(jié)構(gòu)型腔填充程度的影響,探索了超聲波參數(shù)對聚合物微流控芯片微結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量的影響規(guī)律。通過改變工藝參數(shù)組合,進(jìn)行試驗(yàn),以得到高質(zhì)量、滿足使用要求的微流控芯片。
【關(guān)鍵詞】：微注塑 微流控芯片 超聲波 微結(jié)構(gòu)復(fù)制度
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN492;TQ320.66
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 課題研究背景與意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究概況10-17
• 1.2.1 微流控芯片成型方法的研究概況10-11
• 1.2.2 微注塑成型的研究概況11-13
• 1.2.3 超聲波應(yīng)用于微注塑的研究概況13-17
• 1.3 研究目的與內(nèi)容17-19
• 2 微結(jié)構(gòu)鑲塊靜止的超聲輔助注塑成型實(shí)驗(yàn)19-48
• 2.1 超聲輔助微注塑模具設(shè)計19-24
• 2.1.1 模具總體結(jié)構(gòu)19-21
• 2.1.2 超聲振動系統(tǒng)21-24
• 2.2 UV-LIGA方法加工的微結(jié)構(gòu)鑲塊24-25
• 2.3 注塑充填模擬與振子受力分析25-27
• 2.3.1 Moldflow模擬充填過程25-26
• 2.3.2 超聲振子的受力分析26-27
• 2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與注塑材料27-31
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備27-30
• 2.4.2 注塑材料30-31
• 2.5 注塑成型實(shí)驗(yàn)參數(shù)31-32
• 2.6 微流控芯片的微溝槽成型質(zhì)量32-48
• 2.6.1 注射速度對微結(jié)構(gòu)填充的影響32-34
• 2.6.2 注射壓力對微結(jié)構(gòu)填充的影響34-35
• 2.6.3 超聲功率對微結(jié)構(gòu)填充的影響35-40
• 2.6.4 超聲時間對微結(jié)構(gòu)填充的影響40-48
• 3 微結(jié)構(gòu)鑲塊與超聲振子集成的注塑成型實(shí)驗(yàn)48-58
• 3.1 微結(jié)構(gòu)鑲塊的安放48
• 3.2 微細(xì)電火花方法加工的微結(jié)構(gòu)鑲塊48-53
• 3.3 注塑成型實(shí)驗(yàn)參數(shù)53-54
• 3.4 微流控芯片的微溝槽成型質(zhì)量54-58
• 3.4.1 超聲時間3s的實(shí)驗(yàn)結(jié)果54-56
• 3.4.2 超聲時間5s的實(shí)驗(yàn)結(jié)果56-58
• 4 微結(jié)構(gòu)鑲塊超聲振動的可視化模具設(shè)計58-61
• 4.1 可視化窗口的設(shè)置58-59
• 4.2 可視化窗口的受力分析59-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況66-67
• 致謝67-68

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本文編號：700331